EP0447875B1 - Filterelement aus einem zick-zack-förmig gefalteten, stern- oder plattenförmig angeordneten Filtermaterial - Google Patents

Filterelement aus einem zick-zack-förmig gefalteten, stern- oder plattenförmig angeordneten Filtermaterial Download PDF

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EP0447875B1
EP0447875B1 EP91103359A EP91103359A EP0447875B1 EP 0447875 B1 EP0447875 B1 EP 0447875B1 EP 91103359 A EP91103359 A EP 91103359A EP 91103359 A EP91103359 A EP 91103359A EP 0447875 B1 EP0447875 B1 EP 0447875B1
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EP
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filter
sealing material
star
longitudinal edges
area
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Sigbert Widmann
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Knecht Filterwerk GmbH
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Knecht Filterwerk GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/11—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements
    • B01D29/111—Making filtering elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/11—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements
    • B01D29/13—Supported filter elements
    • B01D29/15—Supported filter elements arranged for inward flow filtration
    • B01D29/21—Supported filter elements arranged for inward flow filtration with corrugated, folded or wound sheets

Definitions

  • the invention relates to a filter element according to the preamble of patent claim 1.
  • the sealing material consists of a plasticizable plastic such as a thermoplastic
  • the connection between the sheet material and the seal is achieved in that the filter material in a plasticized surface area of the Sealing material is introduced.
  • the sealing material is a plate
  • only the surface of the plate is heated directly or indirectly by contact or heat radiation.
  • a disadvantage of these known types of connection between sealing and filter sheet material is that it takes a relatively long time to heat the plate surface, which results in a relatively long process time overall.
  • Another disadvantage is that by applying the heat to the surface of the plate through direct heat transfer or radiation, heat penetrates into the plate beyond the area to be plasticized (high energy loss), which is why they have a greater thickness due to the process to maintain stability must be more stable than would be necessary for the finished connection. Ultimately, more material is used here than would actually be necessary.
  • the object of the present invention according to which in particular the thinnest possible end disk is aimed at, in which a filter material to be connected can be plasticized without deforming it.
  • the filter material should not suffer any deformation when plasticized.
  • Ultrasonic welding is known per se. In particular, it is not known, however, to connect the sealing material and the filter material at the longitudinal edges of the filter web by superficial plasticization of one of the two materials (locally limited contact area), and to achieve the necessary heat by mutual friction in the contact area, the friction being caused solely by the vibrations in the Ultrasonic range is generated, which is forced on one of the two parts.
  • the ultrasonic vibrations are transmitted via a sonotrode known from ultrasonic welding.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing, which shows a folding star in a device for plasticizing an end plate as a seal.
  • a folded star 1 made of a filter web material made of paper is stored folded in a receiving device 2.
  • An annular end disk 3 made of a thermoplastic is loosely placed on its one end face.
  • the end edges of the individual folds of the folding star 1 lie in one plane, so that each end edge has direct contact with the end plate lying thereon.
  • the end plate 3 is held in a sonotrode 4 of an ultrasound device.
  • connection between the end edges of the individual folds of the folding star 1 and the overlying end plate 3 is achieved as follows.
  • the sonotrode 4 carries out high-frequency vibrations perpendicular to the connecting plane between the end plate 3 and the folding star 1. During the oscillation, the sonotrode simultaneously exerts pressure on the end plate in the direction of the fold star. The vibrations generate frictional heat between the end plate 3 and the end edges of the folds of the fold star 1, which leads to local superficial plasticization of the end plate material. When plasticizing the end disk material during the When the sonotrode vibrates, the fold edges penetrate into the plastic end plate area. After the end disk area plasticized by the frictional heat has cooled, the fold edges are firmly and tightly integrated into the end disk material.
  • the depth at which the individual folds are incorporated into the end disk material is determined by the extent to which the sonotrode 4 displaces the end disk in the direction of the fold star during the oscillation process.
  • this method according to the invention it is possible to firmly and tightly bind the folds in a very small plasticized depth range. Since the folds should deform in the area of their front edges when the sonotrode approaches, the displacement path of the sonotrode does not have to correspond to the depth of the plasticized area. Rather, the depth of the plasticized area is less than the displacement path of the sonotrode. Due to the extremely low plasticization depths that are possible according to the method according to the invention, the end disks can be made optimally thin overall. Their thickness can only be adjusted according to the strength requirements of the finished product.
  • the plasticized area into which the filter material penetrates can have a depth of only about 0.5 mm, for example.
  • the sealing of the end edges of a filter web material folded in one plane to a plate filter element can be sealed in the same way.
  • the sealing material is in the form of a strip.
  • the sealing material does not have to be made entirely of plasticizable material. It is also possible to use a non-plasticizable material as the base material, to which only a thin plasticizable material layer is applied. In this case, only this plasticizable layer then serves as the material for embedding the filter material.
  • One advantage of the embodiment according to the invention is in that the effective filter area can be increased with a constantly predetermined installation space for a filter element. The reason for this is that on the one hand the end plates can be made thinner and on the other hand only an extremely narrow area of the filter web material for the connection to the end plate or the sealant is lost from the effective filter surface.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Filterelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei in dem Stand der Technik unter anderem aus DE-C-3514778 bekannten Filterelementen, bei denen das Dichtmaterial aus einem plastifizierbaren Kunststoff wie beispielsweise einem Thermoplasten, besteht, wird die Verbindung zwischen Bahnenmaterial und Dichtung dadurch erreicht, daß das Filtermaterial in einen plastifizierten Oberflächenbereich des Dichtmaterials eingebracht ist.
  • In Fällen, in denen das Dichtmaterial eine Platte ist, kommt es häufig darauf an, diese durch Wärme oberflächlich so zu plastifizieren, daß die Platte sich nicht insgesamt verformt. Zu diesem Zweck wird lediglich die Oberfläche der Platte direkt oder indirekt durch Kontakt bzw. Wärmestrahlung erhitzt.
  • Nachteilig bei diesen bekannten Verbindungsarten zwischen Dichtungs- und Filterbahnmaterial ist, daß es relativ viel Zeit in Anspruch nimmt, die Plattenoberfläche zu erhitzen, wodurch sich insgesamt eine relativ lange Prozeßzeit ergibt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch das Aufbringen der Wärme auf die Oberfläche der Platte durch direkten Wärmeübergang oder durch Strahlung Wärme über den zu plastifizierenden Bereich hinaus in die Platte eindringt (hoher Energieverlust), weshalb diese zur Aufrechterhaltung der Stabilität verfahrensbedingt eine größere Dicke aufweisen muß als es für die fertige Verbindung stabilitätsmäßig notwendig wäre. Es wird also hier letztendlich mehr Material eingesetzt als tatsächlich notwendig wäre.
  • Diese Nachteile zu vermeiden, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, nach der insbesondere eine möglichst dünne Endscheibe angestrebt wird, bei der ohne diese zu verformen, ein anzubindendes Filtermaterial einplastizifiert werden kann. Dabei soll das Filtermaterial bei dem Einplastifizieren möglichst keine Verformung erleiden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ausbildung des gattungsgemäßen Filterelementes nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ultraschallschweißen ist an sich bekannt. Insbesondere nicht bekannt ist jedoch, das Dichtmaterial und das Filtermaterial an den Filterbahnlängskanten durch oberflächliches Plastifizieren eines der beiden Materialien (örtlich begrenzte Kontaktfläche) zu verbinden, und dabei die notwendige Wärme durch gegenseitige Reibung im Kontaktbereich zu erzielen, wobei die Reibung allein durch die Schwingungen im Ultraschallbereich erzeugt wird, die einem der beiden Teile aufgezwungen werden. Dies ist das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung. Die Ultraschallschwingungen werden dabei über eine aus der Ultraschallschweißung bekannte Sonotrode übertragen.
  • Soweit aus US-A-4,442,004 Schweißverbindungen zwischen Filtermaterial und einer Endscheibe bekannt sind, können diese mit der vorliegenden Erfindung nicht verglichen werden. Denn bei jenen Schweißverbindungen werden die beiden zu verbindenden Teile jeweils gemeinsam aufgeschmolzen und miteinander verschmolzen, was bei der Erfindung gerade nicht der Fall ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die einen Faltenstern in einer Vorrichtung zum Anplastifizieren einer Endscheibe als Dichtung zeigt.
  • Ein Faltenstern 1 aus einem Filterbahnenmaterial aus Papier ist fertig gefaltet in einer Aufnahmevorrichtung 2 gelagert. Auf seine eine Stirnseite ist eine ringförmige Endscheibe 3 aus einem Thermoplasten lose aufgelegt. Die Stirnkanten der einzelnen Falten des Faltensternes 1 liegen in einer Ebene, damit jede Stirnkante direkten Kontakt zu der aufliegenden Endscheibe hat. Die Endscheibe 3 ist in einer Sonotrode 4 eines Ultraschallgerätes gehaltert.
  • Die Verbindung zwischen den Stirnkanten der einzelnen Falten des Faltensternes 1 und der aufliegenden Endscheibe 3 wird wie folgt erreicht.
  • Die Sonotrode 4 führt senkrecht zur Verbindungsebene zwischen Endscheibe 3 und Faltenstern 1 hochfrequente Schwingungen aus. Während des Schwingens übt die Sonotrode gleichzeitig einen Druck auf die Endscheibe in Richtung des Faltensternes aus. Durch die Schwingungen entsteht zwischen der Endscheibe 3 und den Stirnkanten der Falten des Faltensternes 1 Reibungswärme, die zu einem lokalen oberflächlichen Plastifizieren des Endscheibenmaterials führt. Bei dem Plastifizieren des Endscheibenmaterials während des Schwingvorganges der Sonotrode dringen die Faltenkanten in den plastisch gewordenen Endscheibenbereich ein. Nach dem Erkalten des durch die Reibungswärme plastifizierten Endscheibenbereiches sind die Faltenkanten in das Endscheibenmaterial fest und dicht eingebunden. Die Tiefe, in der die einzelnen Falten in das Endscheibenmaterial eingebunden sind, wird durch das Maß bestimmt, um das die Sonotrode 4 die Endscheibe während des Schwingvorganges in Richtung auf den Faltenstern verschiebt. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Falten in einem sehr geringen plastifizierten Tiefenbereich fest und dicht einzubinden. Da sich die Falten im Bereich ihrer Stirnkanten beim Annähern der Sonotrode verformen sollen, muß der Verschiebeweg der Sonotrode nicht der Tiefe des plastifizierten Bereiches entsprechen. Es ist vielmehr so, daß der plastifizierte Bereich in seiner Tiefe geringer als der Verschiebeweg der Sonotrode ist. Durch die extrem geringen Plastifiziertiefen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich sind, lassen sich die Endscheiben insgesamt optimal dünn ausführen. Ihre Dicke kann allein nach den Festigkeitsanforderungen am fertigen Produkt ausgerichtet werden. Der plastifizierte Bereich, in den das Filtermaterial eindringt, kann beispielsweise eine Tiefe von nur etwa 0,5 mm besitzen.
  • Nach dem beschriebenen Herstellungsverfahren kann in gleicher Weise die Abdichtung der Stirnkanten eines in einer Ebene zu einem Plattenfilterelement gefalteten Filterbahnmaterials gedichtet werden. Das Dichtmaterial hat in diesem Fall die Form eines Streifens. Das Dichtmaterial muß nicht insgesamt aus plastifizierbarem Material sein. Es ist auch möglich, ein nicht plastifizierbares Material als Basismaterial zu verwenden, auf das lediglich eine dünne plastifizierbare Materialschicht aufgebracht ist. In diesem Fall dient dann nur diese plastifizierbare Schicht als Material zum Einbetten des Filtermaterials.
  • Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung besteht u.a. darin, daß bei einem konstant vorgegebenen Einbauraum für ein Filterelement die wirksame Filterfläche vergrößert werden kann. Der Grund hierfür ist, daß einerseits die Endscheiben dünner ausgeführt werden können und andererseits nur ein äußerst schmaler Bereich des Filterbahnmaterials für die Verbindung zur Endscheibe bzw. zum Dichtmittel von der wirksamen Filterfläche verlorengeht.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes aus einem zick-zack-förmig gefalteten stern- oder plattenförmig angeordneten Filterbahnmaterial mit einem die Längskanten der Filterbahn in deren gemeinsamer Ebene abdeckenden Dichtmaterial, das die Form üblicher Endscheiben haben kann, und bei dem nur das Dichtmaterial ein unter Wärme plastifizierbares Material, insbesondere ein Thermoplast ist, in das die Längskanten des Filterbahnmaterials zur Bildung einer festen Verbindung zwischen dem Filter- und Dichtmaterial über eine bestimmte Tiefe eingeformt sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß derjenige Bereich, in dem die Längskanten in das Dichtmaterial eingeformt werden, durch hochfrequentes Schwingen (Ultraschall) plastifiziert wird und die Längskanten des Filterbahnmaterials dabei gleichzeitig in den plastifizierten Bereich eingedrückt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Dichtmaterial eine dünne auf ein nicht plastifizierbares Material aufgebrachte Schicht ist.
EP91103359A 1990-03-22 1991-03-06 Filterelement aus einem zick-zack-förmig gefalteten, stern- oder plattenförmig angeordneten Filtermaterial Expired - Lifetime EP0447875B1 (de)

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